Глюкозозависимый синтез аденозинтрифосфорной кислоты и экспрессия транспортеров GLUT в миеломных клетках RPMI8226

Введение. Глюкоза – один из основных источников энергии в клетках. Потребление глюкозы раковыми клетками заметно выше по сравнению с нормальными клетками и усиливается по мере злокачественного прогрессирования. Начальным этапом метаболизма глюкозы является ее транспорт через плазматическую мембрану, который опосредуется семейством транспортеров глюкозы GLUT. Исследование механизмов активации GLUT представляет собой многообещающий подход к дифференциальному блокированию регулируемого глюкозой метаболизма в раковых клетках. В данной работе мы исследовали зависимость эффективности синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и регуляции экспрессии генов классических «переносчиков глюкозы» GLUT1 – GLUT4 от количества глюкозы в культуральной среде в миеломных клетках человека RPMI8226.

Цель исследования – изучение влияния глюкозы на синтез АТФ и регуляцию экспрессии генов – транспортеров глюкозы GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 в клетках множественной миеломы человека RPMI8226.

Материалы и методы. В работе использовали линию миеломных клеток человека RPMI8226. Жизнеспособность клеток оценивали колориметрическим методом. Влияние глюкозы на синтез АТФ в клетках определяли люминесцентным методом. Экспрессию матричной РНК в клетках изучали методом количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени.

Результаты. В ходе исследования установлено, что синтез АТФ в клетках RPMI8226 зависит от метаболизма глюкозы. Снижение жизнеспособности клеток RPMI8226 строго коррелирует со снижением содержания новосинтезируемой АТФ. Для указанной линии клеток характерна относительно высокая исходная экспрессия гена GLUT1 и гена GLUT3, относительно умеренная – гена GLUT2, и относительно слабая – гена GLUT4. Исследования по деприваци глюкозы выявили активацию экспрессии всех указанных генов транспортеров глюкозы, однако наиболее высокая экспрессия была характерна для генов GLUT2 и GLUT4.

Заключение. На основании исследования мы заключаем, что для миеломных клеток RPMI8226 глюкоза является одним из важных источников энергии. Экспрессия генов транспортеров глюкозы GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 зависит от концентрации глюкозы, однако исходный уровень экспрессии не предсказывает характер ее изменений при глюкозной депривации.

1. Pinna S., Kunz C., Halpern A. et al. A prebiotic basis for ATP as the universal energy currency. PLOS Biology 2022;20(10):e3001437. DOI: 10.1371/journal.pbio.3001437

2. Adekola K., Rosen S.T., Shanmugam M. Glucose transporters in cancer metabolism. Curr Opin Oncol 2012;24(6):650–4. DOI: 10.1097/CCO.0b013e328356da72

3. Rana P.S., Goparaju K., Driscoll J.J. Shutting off the fuel supply to target metabolic vulnerabilities in multiple myeloma. Front Oncol 2023;13:1141851. DOI: 10.3389/fonc.2023.1141851

4. Wang T., Ma F., Qian H. Defueling the cancer: ATP synthase as an emerging target in cancer therapy. Mol Ther Oncolytics 2021;23:82–95. DOI: 10.1016/j.omto.2021.08.015

5. Куликов В.А., Беляева Л.Е. Метаболизм раковой клетки как терапевтическая мишень. Вестник ВГМУ 2016;15(6):7–20. DOI: 10.22263/2312-4156.2016.6.7

6. Stein M., Dütting S., Mougiakakos D. et al. A defined metabolic state in pre B cells governs B-cell development and is counterbalanced by swiprosin-2/EFhd1. Cell Death Differ 2017;24(7):1239–52. DOI: 10.1038/cdd.2017.52

7. Nair R., Gupta P., Shanmugam M. Mitochondrial metabolic determinants of multiple myeloma growth, survival, and therapy efficacy. Front Oncol 2022;12:1000106. DOI: 10.3389/fonc.2022.1000106

8. Maiso P., Huynh D., Moschetta M. et al. Metabolic signature identifies novel targets for drug resistance in multiple myeloma. Cancer Res 2015;75(10):2071–82. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-14-3400

9. Pellat-Deceunynk С., Amiot М., Bataille R. et al. Human myeloma cell lines as a tool for studying the biology of multiple myeloma: a reappraisal 18 years after [letter]. Blood 1995;86:4001–2.

10. McGuire C.M., Forgac M. Glucose starvation increases V-ATPase assembly and activity in mammalian cells through AMP kinase and phosphatidylinositide 3-kinase/Akt signaling. J Biol Chem 2018;293(23):9113–23. DOI: 10.1074/jbc.RA117.001327

11. Yoon H., Shaw J.L., Haigis M.C., Greka A. Lipid metabolism in sickness and in health: emerging regulators of lipotoxicity. Mol Cell 2021;81(18):3708–30. DOI: 10.1016/j.molcel.2021.08.027

12. Torcasio R., Cantafio M.E.G., Ikeda R.K. et al. Lipid metabolic vulnerabilities of multiple myeloma. Clin Exp Med 2023;23(7):3373–90. DOI: 10.1007/s10238-023-01174-2

13. Matsumoto T., Jimi S., Migita K. et al. Inhibition of glucose transporter 1 induces apoptosis and sensitizes multiple myeloma cells to conventional chemotherapeutic agents. Leuk Res 2016;41:103–10. DOI: 10.1016/j.leukres.2015.12.008

14. McBrayer S.K., Cheng J.C., Singhal S. et al. Multiple myeloma exhibits novel dependence on GLUT4, GLUT8, and GLUT11: implications for glucose transporter directed therapy. Blood 2012;119(20):4686–97. DOI: 10.1182/blood-2011-09-377846

15. Thorens B. GLUT2, glucose sensing and glucose homeostasis. Diabetologia 2015;58(2):221–32. DOI: 10.1007/s00125-014-3451-1

16. von der Crone S., Deppe C., Barthe A. et al. Glucose deprivation induces Akt-dependent synthesis and incorporation of GLUT1, but not of GLUT4, into the plasma membrane of 3T3-L1 adipocytes. Eur J Cell Biol 2000;79(12):943–9. DOI: 10.1078/0171-9335-00118

17. Baqué S., Montell E., Camps M. et al. Overexpression of glycogen phosphorylase increases GLUT4 expression and glucose transport in cultured skeletal human muscle. Diabetes 1998;47(8):1185–92. DOI: 10.2337/diab.47.8.1185

18. Hall J.R., Short C.E., Driedzic W.R. Sequence of Atlantic cod (Gadus morhua) GLUT4, GLUT2 and GPDH: developmental stage expression, tissue expression and relationship to starvationinduced changes in blood glucose. J Exp Biol 2006;209(Pt 22): 4490–502. DOI: 10.1242/jeb.02532

19. Takemori K., Kimura T., Shirasaka N. Food restriction improves glucose and lipid metabolism through Sirt1 expression: a study using a new rat model with obesity and severe hypertension. Life Sci 2011;88(25-26):1088–94. DOI: 10.1016/j.lfs.2011.04.002

20. Korgun E.T., Demir R., Sedlmayr P. et al. Sustained hypoglycemia affects glucose transporter expression of human blood leukocytes. Blood Cells Mol Dis 2002;28(2):152–9. DOI: 10.1006/bcmd.2002.0504

21. Boado R.J., Pardridge W.M. Glucose deprivation and hypoxia increase the expression of the GLUT1 glucose transporter via a specific mRNA cis-acting regulatory element. J Neurochem 2002;80(3):552–4. DOI: 10.1046/j.0022-3042.2001.00756.x

22. Maher F., Harrison L.C. Stabilization of glucose transporter mRNA by insulin/IGF-1 and glucose deprivation. Biochem Biophys Res Commun 1990;171(1):210–5. DOI: 10.1016/0006-291x(90)91378-6

23. Wertheimer E., Sasson S., Cerasi E., Ben-Neriah Y. The ubiquitous glucose transporter GLUT-1 belongs to the glucose-regulated protein family of stress-inducible proteins. Proc Natl Acad Sci USA 1991;88(6):2525–9. DOI: 10.1073/pnas.88.6.2525

24. Nagamatsu S., Sawa H., Inoue N. et al. Gene expression of GLUT3 glucose transporter regulated by glucose in vivo in mouse brain and in vitro in neuronal cell cultures from rat embryos. Biochem J 1994;300(Pt 1):125–31. DOI: 10.1042/bj3000125

25. Fladeby C., Skar R., Serck-Hanssen G. Distinct regulation of glucose transport and GLUT1/GLUT3 transporters by glucose deprivation and IGF-I in chromaffin cells. Biochim Biophys Acta 2003;1593(2-3):201–8. DOI: 10.1016/s0167-4889(02)00390-7

26. Uehara Y., Nipper V., McCall A.L. Chronic insulin hypoglycemia induces GLUT-3 protein in rat brain neurons. Am J Physiol 1997;272(4 Pt 1):E716–9. DOI: 10.1152/ajpendo.1997.272.4.E716